Contenuto
- Che cos'è lo scisto?
- Usi di scisto
- Petrolio convenzionale e gas naturale
- Petrolio e gas naturale non convenzionali
- Scisto utilizzato per produrre argilla
- Scisto utilizzato per produrre cemento
- Olio di scisto
- Composizione di scisto
- Colori di scisto
- Scisto nero e grigio
- Scisto rosso, marrone e giallo
- Scisto Verde
- Proprietà idrauliche di scisto
- Proprietà ingegneristiche dei terreni scisti
- Suoli espansivi
- Stabilità del pendio
- Ambienti di deposizione di scisto
Shale: Lo scisto si rompe in pezzi sottili con spigoli vivi. Si presenta in una vasta gamma di colori che includono rosso, marrone, verde, grigio e nero. È la roccia sedimentaria più comune e si trova nei bacini sedimentari di tutto il mondo.
Che cos'è lo scisto?
Lo scisto è una roccia sedimentaria a grana fine che si forma dalla compattazione di limo e particelle minerali argillose che comunemente chiamiamo "fango". Questa composizione colloca lo scisto in una categoria di rocce sedimentarie note come "pietre di fango". Lo scisto si distingue dagli altri mudstones perché è fissile e laminato. "Laminato" significa che la roccia è formata da molti strati sottili. "Fissile" significa che la roccia si divide rapidamente in pezzi sottili lungo le laminazioni.
Usi di scisto
Alcuni scisti hanno proprietà speciali che li rendono risorse importanti. Gli scisti neri contengono materiale organico che a volte si scompone per formare gas naturale o petrolio. Altri scisti possono essere frantumati e mescolati con acqua per produrre argille che possono essere trasformate in una varietà di oggetti utili.
Serbatoio convenzionale di petrolio e gas naturale: Questo disegno illustra una "trappola anticlinale" che contiene petrolio e gas naturale. Le unità di roccia grigia sono scisti impermeabili. Il petrolio e il gas naturale si formano all'interno di queste unità di scisto e quindi migrano verso l'alto. Parte del petrolio e del gas rimangono intrappolati nell'arenaria gialla per formare un serbatoio di petrolio e gas. Questo è un serbatoio "convenzionale" - il che significa che il petrolio e il gas possono fluire attraverso lo spazio dei pori dell'arenaria e essere prodotti dal pozzo.
Petrolio convenzionale e gas naturale
Gli scisti organici neri sono la roccia di origine per molti dei più importanti giacimenti di petrolio e gas naturale del mondo. Questi scisti ottengono il loro colore nero da minuscole particelle di materia organica che si sono depositate nel fango da cui si è formato lo scisto. Mentre il fango veniva sepolto e riscaldato all'interno della terra, parte del materiale organico veniva trasformato in petrolio e gas naturale.
Il petrolio e il gas naturale emigrarono dallo scisto e verso l'alto attraverso la massa di sedimenti a causa della loro bassa densità. Il petrolio e il gas erano spesso intrappolati negli spazi dei pori di un'unità rocciosa sovrastante come un'arenaria (vedi illustrazione). Questi tipi di depositi di petrolio e gas sono noti come "serbatoi convenzionali" perché i fluidi possono facilmente fluire attraverso i pori della roccia e nel pozzo di estrazione.
Sebbene la perforazione possa estrarre grandi quantità di petrolio e gas naturale dalla roccia del serbatoio, gran parte di esso rimane intrappolato all'interno dello scisto. Questo petrolio e gas è molto difficile da rimuovere perché è intrappolato in piccoli spazi dei pori o adsorbito su particelle minerali di argilla che compongono lo scisto.
Serbatoio di petrolio e gas non convenzionale: Questo disegno illustra le nuove tecnologie che consentono lo sviluppo di giacimenti di petrolio e gas naturale non convenzionali. In questi giacimenti di gas, il petrolio e il gas sono tenuti in scisti o in un'altra unità rocciosa che è impermeabile. Per produrre quel petrolio o gas, sono necessarie tecnologie speciali. Uno è la perforazione orizzontale, in cui un pozzo verticale è deviato in orizzontale in modo che penetri una lunga distanza della roccia del serbatoio. Il secondo è la fratturazione idraulica. Con questa tecnica, una parte del pozzo viene sigillata e l'acqua viene pompata per produrre una pressione sufficientemente elevata da fratturare la roccia circostante. Il risultato è un serbatoio altamente fratturato penetrato da una lunga lunghezza del pozzo.
Petrolio e gas naturale non convenzionali
Alla fine degli anni '90, le società di perforazione del gas naturale hanno sviluppato nuovi metodi per liberare petrolio e gas naturale intrappolati nei minuscoli spazi dei pori dello scisto. Questa scoperta è stata significativa perché ha sbloccato alcuni dei più grandi depositi di gas naturale nel mondo.
Il Barnett Shale del Texas è stato il primo grande giacimento di gas naturale sviluppato in una roccia del giacimento di scisto. Produrre gas dalla Barnett Shale è stata una sfida. Gli spazi dei pori nello scisto sono così piccoli che il gas ha difficoltà a muoversi attraverso lo scisto e nel pozzo. I perforatori hanno scoperto che potevano aumentare la permeabilità dello scisto pompando acqua nel pozzo sotto una pressione sufficientemente elevata da fratturare lo scisto. Queste fratture hanno liberato parte del gas dagli spazi dei pori e hanno permesso a quel gas di fluire verso il pozzo. Questa tecnica è nota come "fratturazione idraulica" o "hydrofracing".
I trapani hanno anche imparato come eseguire il drill down fino al livello dello scisto e ruotare il pozzo di 90 gradi per perforare orizzontalmente l'unità di scisto. Ciò ha prodotto un pozzo con una "zona di pagamento" molto lunga attraverso la roccia del serbatoio (vedi figura). Questo metodo è noto come "perforazione orizzontale".
La perforazione orizzontale e la fratturazione idraulica hanno rivoluzionato la tecnologia di perforazione e spianato la strada allo sviluppo di numerosi giganteschi giacimenti di gas naturale. Questi includono Marcellus Shale negli Appalachi, Haynesville Shale in Louisiana e Fayetteville Shale in Arkansas. Questi enormi serbatoi di scisto contengono abbastanza gas naturale per soddisfare tutte le esigenze degli Stati Uniti per venti o più anni.
Scisto in mattoni e piastrelle: Lo scisto viene utilizzato come materia prima per realizzare molti tipi di mattoni, piastrelle, tubi, ceramiche e altri prodotti fabbricati. Mattoni e piastrelle sono alcuni dei materiali più ampiamente utilizzati e desiderati per la costruzione di case, pareti, strade e strutture commerciali. Immagine copyright iStockphoto / Guy Elliott.
Scisto utilizzato per produrre argilla
Tutti hanno contatti con prodotti a base di scisto. Se vivi in una casa di mattoni, guidi su una strada di mattoni, vivi in una casa con un tetto di tegole o tieni le piante in vasi di "terracotta", hai un contatto quotidiano con oggetti che probabilmente sono stati fatti di scisto.
Molti anni fa questi stessi articoli erano realizzati con argilla naturale. Tuttavia, l'uso pesante ha esaurito la maggior parte dei piccoli depositi di argilla. Avendo bisogno di una nuova fonte di materie prime, i produttori scoprirono presto che la miscelazione di scisto finemente macinato con acqua avrebbe prodotto un'argilla che spesso aveva proprietà simili o superiori. Oggi, la maggior parte degli articoli che una volta venivano prodotti con argilla naturale sono stati sostituiti da articoli quasi identici realizzati con argilla prodotta mescolando scisto finemente macinato con acqua.
Kit rock e minerali: Ottieni un kit di rocce, minerali o fossili per saperne di più sui materiali della Terra. Il modo migliore per conoscere le rocce è avere campioni disponibili per prove ed esami.
Scisto utilizzato per produrre cemento
Il cemento è un altro materiale comune che viene spesso realizzato con lo scisto. Per produrre cemento, calcare frantumato e scisto vengono riscaldati a una temperatura sufficientemente elevata da evaporare tutta l'acqua e scomporre il calcare in ossido di calcio e anidride carbonica. L'anidride carbonica si perde come un'emissione, ma l'ossido di calcio combinato con lo scisto riscaldato produce una polvere che si indurirà se miscelata con acqua e lasciata asciugare. Il cemento viene utilizzato per produrre calcestruzzo e molti altri prodotti per l'edilizia.
Olio di scisto: Una roccia che contiene una quantità significativa di materiale organico sotto forma di cherogeno solido. Fino a 1/3 della roccia può essere materiale organico solido. Questo esemplare misura circa quattro pollici (dieci centimetri) di diametro.
Olio di scisto
L'olio di scisto è una roccia che contiene quantità significative di materiale organico sotto forma di cherogeno. Fino a 1/3 della roccia possono essere solidi cherogeni. Gli idrocarburi liquidi e gassosi possono essere estratti dallo scisto bituminoso, ma la roccia deve essere riscaldata e / o trattata con solventi. Questo di solito è molto meno efficiente della perforazione di rocce che produrranno petrolio o gas direttamente in un pozzo. L'estrazione degli idrocarburi dallo scisto bituminoso produce emissioni e prodotti di scarto che causano notevoli preoccupazioni ambientali. Questo è uno dei motivi per cui i vasti depositi mondiali di scisto bituminoso non sono stati utilizzati in modo aggressivo.
Lo scisto bituminoso di solito soddisfa la definizione di "scisto" in quanto è "una roccia laminata costituita da almeno il 67% di minerali argillosi". Tuttavia, a volte contiene abbastanza materiale organico e minerali carbonatici che i minerali di argilla rappresentano meno del 67% della roccia.
Campioni di nucleo di scisto: Quando lo scisto viene perforato per la valutazione di petrolio, gas naturale o risorse minerali, un nucleo viene spesso recuperato dal pozzo. La roccia nel nucleo può quindi essere testata per conoscere il suo potenziale e come la risorsa potrebbe essere sviluppata al meglio.
Composizione di scisto
Lo scisto è una roccia composta principalmente da grani minerali argillosi. Questi piccoli grani sono generalmente minerali argillosi come l'illite, la caolinite e la smectite. Lo scisto di solito contiene altre particelle minerali argillose come quarzo, chert e feldspato. Altri componenti potrebbero includere particelle organiche, minerali di carbonato, minerali di ossido di ferro, minerali di solfuro e granuli di minerali pesanti. Questi "altri costituenti" nella roccia sono spesso determinati dall'ambiente di deposizione degli scisti e spesso determinano il colore della roccia.
Scisto nero: Scisto nero ricco di prodotti biologici. Il gas naturale e il petrolio sono talvolta intrappolati nei minuscoli spazi dei pori di questo tipo di scisto.
Colori di scisto
Come la maggior parte delle rocce, il colore dello scisto è spesso determinato dalla presenza di materiali specifici in quantità minori. Solo una piccola percentuale di materiali organici o ferro può alterare in modo significativo il colore di una roccia.
Giochi di shale gas: Dalla fine degli anni '90, dozzine di scisti organici neri precedentemente improduttivi sono stati sviluppati con successo in preziosi giacimenti di gas. Vedi l'articolo: "Che cos'è Shale Gas?"
Scisto nero e grigio
Un colore nero nelle rocce sedimentarie indica quasi sempre la presenza di materiali organici. Solo uno o due percento di materiali organici può conferire alla roccia un colore grigio scuro o nero. Inoltre, questo colore nero implica quasi sempre che lo scisto si sia formato da sedimenti depositati in un ambiente carente di ossigeno. L'ossigeno che entrava nell'ambiente reagiva rapidamente con i detriti organici in decomposizione. Se fosse presente una grande quantità di ossigeno, i detriti organici si sarebbero tutti decomposti. Un ambiente povero di ossigeno fornisce anche le condizioni adeguate per la formazione di minerali solforati come la pirite, un altro minerale importante che si trova nella maggior parte degli scisti neri.
La presenza di detriti organici negli scisti neri li rende candidati alla generazione di petrolio e gas. Se il materiale organico viene conservato e adeguatamente riscaldato dopo la sepoltura, potrebbero essere prodotti petrolio e gas naturale. Barnett Shale, Marcellus Shale, Haynesville Shale, Fayetteville Shale e altre rocce che producono gas sono tutti scisti grigio scuro o neri che producono gas naturale. Bakle Shale del North Dakota e Eagle Ford Shale del Texas sono esempi di scisti che producono petrolio.
Gli scisti grigi a volte contengono una piccola quantità di materia organica. Tuttavia, gli scisti grigi possono anche essere rocce che contengono materiali calcarei o semplicemente minerali argillosi che risultano in un colore grigio.
Utica e Marcellus Shale: Si pensa che due scisti organici neri nel bacino degli Appalachi contengano abbastanza gas naturale per rifornire gli Stati Uniti per diversi anni. Questi sono Marcellus Shale e Utica Shale.
Scisto rosso, marrone e giallo
Gli scisti che si depositano in ambienti ricchi di ossigeno spesso contengono minuscole particelle di ossido di ferro o minerali di idrossido di ferro come ematite, goethite o limonite. Solo un po 'di questi minerali distribuiti attraverso la roccia possono produrre i colori rosso, marrone o giallo esibiti da molti tipi di scisti. La presenza di ematite può produrre uno scisto rosso. La presenza di limonite o goethite può produrre uno scisto giallo o marrone.
Scisto Verde
Di tanto in tanto si trovano scisti verdi. Ciò non dovrebbe sorprendere perché alcuni dei minerali e micas di argilla che costituiscono gran parte del volume di queste rocce sono in genere di colore verdastro.
Scisto di gas naturale bene: In meno di dieci anni, lo scisto è salito alle stelle alla ribalta nel settore energetico. Nuovi metodi di perforazione e sviluppo di pozzi come la fratturazione idraulica e la perforazione orizzontale possono attingere all'olio e al gas naturale intrappolati nella matrice stretta degli scisti organici. Immagine copyright iStockphoto / Edward Todd.
Proprietà idrauliche di scisto
Le proprietà idrauliche sono caratteristiche di una roccia come la permeabilità e la porosità che riflettono la sua capacità di trattenere e trasmettere fluidi come acqua, petrolio o gas naturale.
Lo scisto ha una dimensione delle particelle molto piccola, quindi gli spazi interstiziali sono molto piccoli. In realtà sono così piccoli che petrolio, gas naturale e acqua hanno difficoltà a muoversi attraverso la roccia.Lo scisto può quindi fungere da scoglio per le trappole di petrolio e gas naturale ed è anche un acquiclude che blocca o limita il flusso delle acque sotterranee.
Sebbene gli spazi interstiziali in uno scisto siano molto piccoli, possono occupare un volume significativo della roccia. Ciò consente allo scisto di contenere quantità significative di acqua, gas o petrolio ma non è in grado di trasmetterli efficacemente a causa della bassa permeabilità. L'industria petrolifera e del gas supera questi limiti di scisto utilizzando perforazioni orizzontali e fratture idrauliche per creare porosità e permeabilità artificiali all'interno della roccia.
Alcuni dei minerali argillosi presenti nello scisto hanno la capacità di assorbire o assorbire grandi quantità di acqua, gas naturale, ioni o altre sostanze. Questa proprietà dello scisto può consentirgli di trattenere selettivamente e tenacemente o rilasciare liberamente fluidi o ioni.
Ampia mappa dei suoli: L'indagine geologica degli Stati Uniti ha preparato una mappa dei suoli espansiva generalizzata per i 48 stati inferiori.
Proprietà ingegneristiche dei terreni scisti
Gli scisti e i suoli derivati da essi sono alcuni dei materiali più problematici su cui costruire. Sono soggetti a cambiamenti di volume e competenza che generalmente li rendono inaffidabili substrati di costruzione.
Frana: Lo scisto è una roccia soggetta a frane.
Suoli espansivi
I minerali argillosi in alcuni terreni derivati dallo scisto hanno la capacità di assorbire e rilasciare grandi quantità di acqua. Questo cambiamento nel contenuto di umidità è di solito accompagnato da un cambiamento di volume che può arrivare fino a diversi punti percentuali. Questi materiali sono chiamati "terreni espansivi". Quando questi terreni si bagnano, si gonfiano e quando si seccano si restringono. Edifici, strade, linee di servizio o altre strutture posizionate sopra o all'interno di questi materiali possono essere indeboliti o danneggiati dalle forze e dai movimenti del cambiamento di volume. I terreni espansivi sono una delle cause più comuni di danni alle fondamenta degli edifici negli Stati Uniti.
Delta scisto: Un delta è un deposito di sedimenti che si forma quando un flusso entra in un corpo idrico permanente. La velocità dell'acqua del flusso diminuisce improvvisamente e i sedimenti trasportati si depositano sul fondo. I delta sono i luoghi in cui si deposita il maggior volume di fango terrestre. L'immagine sopra è una vista satellitare del delta del Mississippi, che mostra i suoi canali distributivi e depositi interdistributivi. L'acqua blu brillante che circonda il delta è carica di sedimenti.
Stabilità del pendio
Lo scisto è la roccia più spesso associata alle frane. Gli agenti atmosferici trasformano lo scisto in un terreno ricco di argilla che normalmente ha una resistenza al taglio molto bassa, specialmente se bagnata. Quando questi materiali a bassa resistenza sono bagnati e su una ripida collina, possono spostarsi lentamente o rapidamente lungo il pendio. Sovraccarichi o scavi da parte dell'uomo causano spesso guasti.
Shale on Mars: Lo scisto è anche una roccia molto comune su Marte. Questa foto è stata scattata dalla camera d'albero della Mars Curiosity Rover. Mostra scisti fissili a letto sottile affioranti nel cratere Gale. La curiosità ha praticato buchi nelle rocce del cratere Gale e ha identificato i minerali argillosi nelle talee. Immagine della NASA.
Ambienti di deposizione di scisto
Un accumulo di fango inizia con l'erosione chimica delle rocce. Questo agenti atmosferici scompone le rocce in minerali argillosi e altre piccole particelle che spesso diventano parte del suolo locale. Un temporale potrebbe lavare minuscole particelle di terreno dalla terra e nelle correnti, conferendo alle correnti un aspetto "fangoso". Quando il flusso rallenta o entra in un corpo idrico permanente come un lago, una palude o un oceano, le particelle di fango si depositano sul fondo. Se indisturbato e sepolto, questo accumulo di fango potrebbe essere trasformato in una roccia sedimentaria nota come "mudstone". Ecco come si formano la maggior parte degli scisti.
Il processo di formazione dello scisto non è limitato alla Terra. I rover di Marte hanno trovato molti affioramenti su Marte con unità di roccia sedimentaria che assomigliano proprio agli scisti trovati sulla Terra (vedi foto).